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近日，山西农业大学徐明岗院士、中国农业科学院蔡岸冬副研究员和李玉娥研究员在我国农田土壤碳氮磷元素循环领域取得研究进展。研究成果以“Depth-Dependence Changes in Soil Stoichiometry in China’s Croplands Over the Past Four Decades”为题发表于Advanced Science。

土壤是陆地生态系统中最大的碳库，其储碳能力远超大气和植被，是全球碳循环的核心环节。碳、氮、磷三大元素的平衡关系不仅直接影响作物的养分供给与产量，还决定着土壤作为碳汇调节温室气体排放、减缓气候变化的潜力。健康而稳定的C:N:P比例能够维持微生物活动、促进有机质积累，从而保障农业生产力和生态系统服务。然而，随着全球气候变暖、降水格局改变以及化肥、秸秆还田等高强度农业管理的持续推进，农田土壤的养分循环和元素配比正在经历前所未有的扰动。尤其是在深层土壤中，温度、湿度和养分输入的变化对碳、氮、磷的储存和转化机制可能与表层完全不同，但由于取样难度大、长期观测数据匮乏，深层土壤C:N:P比例的动态及其对农业管理和气候变化的响应机制一直缺乏系统、定量的研究。

团队在全国范围内开展了大规模的长期追踪复测，匹配1980年代的第二次全国土壤普查，在305个典型农田站点采集了6405 条剖面，覆盖0-100厘米土层，横跨 25°纬度和 55°经度。结果显示，过去40年间，中国农田土壤碳氮比（C:N）平均上升 20.18%，碳磷比（C:P）上升 4.49%，而氮磷比（N:P）下降 9.02%。更为重要的是，这些变化具有明显的深度依赖性：表层土壤（0–40 厘米）C:P 和 N:P 比值显著增加，而深层土壤（40–100 厘米）则明显下降，表明表层碳累积与深层养分失衡的双重特征。

研究进一步揭示，这些变化的驱动因素包括长期秸秆还田和有机肥、化肥的大量投入，以及气候变暖和降水季节性变化的叠加影响。长期的有机碳输入使表层土壤碳积累速度明显快于氮和磷；而在深层土壤中，氮的持续淋失与磷的相对稳定固持共同导致了C:P、N:P 的下降。这一成果不仅为深入理解农田土壤碳氮磷耦合关系提供了关键数据，也为制定科学的农田养分管理策略、提升土壤碳汇潜力和实现农业可持续发展提供了重要参考。

我国农田土壤碳氮磷化学计量比的变化

论文第一作者为山西农业大学和中国农业科学院联合培养研究生孙晓东博士，通讯作者为山西农业大学资源与环境学院徐明岗院士和中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所蔡岸冬副研究员和李玉娥研究员。该研究得到了中国农业科学院高清竹研究员、李虎研究员和刘硕副研究员、东北林业大学周正虎教授、美国康奈尔大学Yiqi Luo教授等专家的大力支持，并获得国家重点研发计划青年科学家项目（2022YFD2300500）等资助。并获得中国农业科学院创新工程（CAAS-CSGLCA-202402）、国家重点研发计划（2022YFD2300500）以及中国农业科学院重大任务（CAAS-ZDRW202417）的财政支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202506489